实验一 PAM实验.docx

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实验一PAM实验

实验一PAM实验

一、实验目的

1、验证抽样定理；

2、观察PAM信号形成的过程；

3、了解混迭效应产生的原因；

4、学习中频抽样的基本方法；

二、实验仪器

1、JH5001Ⅱ通信原理基础实验箱一台

2、20MHz双踪示波器一台

3、函数信号发生器一台

三、实验原理

利用抽样脉冲把一个连续信号变为时间上离散的样值序列，这一过程称之为抽样。

抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。

抽样定理指出，一个频带受限信号m（t），如果它的最高频率为fh，则可以唯一地由频率等于或大于2fh的样值序列所决定。

在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息，并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。

在抽样定理实验中，采用标准的8KHz抽样频率，并用函数信号发生器产生一个信号，通过改变函数信号发生器的频率，观察抽样序列和重建信号，检验抽样定理的正确性。

抽样定理实验各点波形见图2.1.1所示。

图2.1.2是通信原理基础实验箱所设计的抽样定理实验电路组成框图。

电路原理描述：

将K701设置在测试位置时（右端），输入信号来自测试信号。

测试信号可以选择外部测试信号或内部测试信号，当设置在信号模块内的跳线开关K001设置在1_2位置（左端）时，选择内部1KHz测试信号；当设置在2_3位置（右端）时选择外部测试信号，测试信号从J005模拟测试端口输入。

抽样定理实验采用外部测试信号输入。

运放U701A、U701B（TL084）和周边阻容器件组成一个3dB带宽为3400Hz的低通滤波器，用于限制最高的信号频率。

信号经运放U701C缓冲输出，送到U703（CD4066）模拟开关。

模拟开关U703（CD4066）通过抽样时钟完成对信号的抽样，形成抽样序列信号。

信号经运放U702B（TL084）缓冲输出。

运放U702A、U702C（TL084）和周边阻容器件组成一个3dB带宽为3400Hz的低通滤波器，用来恢复原始信号。

跳线开关K702用于选择输入滤波器，当K702设置在滤波位置时（左端），送入到抽样电路的信号经过3400Hz的低通滤波器；当K702设置在直通位置时（右端），信号不经过抗混迭滤波器直接送到抽样电路，其目的是为了观测混迭现象。

设置在信号模块内的跳线开关KQ02为抽样脉冲选择开关：

设置在左端为平顶抽样，平顶抽样是通过采样保持电容来实现的，且τ=Ts；设置在右端为自然抽样，为便于恢复出的信号观测，此抽样脉冲略宽，只是近似自然抽样。

平顶抽样有利于解调后提高输出信号的电平，但却会引入信号频谱失真

，τ为抽样脉冲宽度。

通常在实际设备里，收端必须采用频率响应为

的滤波器来进行频谱校准，这种频谱失真称为孔径失真。

该电路模块各测试点安排如下：

1、TP701：

输入模拟信号

2、TP702：

经滤波器输出的模拟信号

3、TP703：

抽样序列

4、TP704：

恢复模拟信号

四、实验步骤

1.自然抽样脉冲序列测量

（1）准备工作：

将KQ02（在信号模块中）设置在右端（自然抽样状态），将测试信号选择开关K001设置在外部测试信号输入位置（右端）。

首先将输入信号选择开关K701设置在测试位置，将低通滤波器选择开关K702设置在滤波位置，为便于观测，调整函数信号发生器正弦波输出频率为200～1000Hz、输出电平为2Vp-p的测试信号送入信号测试端口J005。

（2）PAM脉冲抽样序列观察：

用示波器同时观测正弦波输入信号（TP701）和抽样脉冲序列信号（TP703），观测时以TP701做同步。

调整示波器同步电平和微调调整函数信号发生器输出频率，使抽样序列与输入测试信号基本同步。

测量抽样脉冲序列信号与正弦波输入信号的对应关系。

（3）PAM脉冲抽样序列重建信号观测：

TP704为重建信号输出测试点。

保持测试信号不变，用示波器同时观测重建信号输出测试点和正弦波输入信号，观测时以TP701输入信号做同步。

2.平顶抽样脉冲序列测量

（1）准备工作：

与自然抽样脉冲序列测量准备工作不同之处是将信号模块内的抽样时钟模式开关KQ02设置在左端进行平顶抽样。

（2）PAM平顶抽样序列观察：

方法同1测量，请同学自拟测量方案。

记录测量波形，与自然抽样测量结果做比较。

（3）平顶抽样重建信号观测：

方法同1测量，请同学自拟测量方案。

与自然抽样测量结果对比分析平顶抽样的测试结果。

3.信号混迭观测

（1）准备工作：

同PAM脉冲抽样实验；

（2）注意：

将跳线开关K702设置在2-3位置（无输入滤波器）。

调整函数信号发生使器正弦波输出频率为7.5KHz左右、电平为2Vp-p的测试信号送入信号测试端口J005和J006（地）。

（3）用示波器观测重建信号输出波形。

缓慢变化测试信号输出频率，注意观察输入信号与重建信号波形的变化是否对应一致，分析解释测量结果。

五、实验报告

1、整理实验数据，画出测试波形。

2、在采用抗混滤波器时输出波形的性能，并解释为什么？

输入

频率

300

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

3700

输出性能

3、在不采用抗混滤波器时输入与输出波形的关系？

并解释为什么？

输入

频率

1000

2500

3000

5500

6500

7500

8500

9000

11000

输出频率

在不采用抗混滤波器、fs＞2fh和fs＜2fh时，低通滤波器输出的波形是什么？

总结一般规律。

实验二PCM编译码实验

一、实验目的

1、了解语音编码的工作原理，验证PCM编译码原理；

2、熟悉PCM抽样时钟、编码数据和输入/输出时钟之间的关系；

3、了解PCM专用大规模集成电路的工作原理和应用；

4、熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法；

二、实验仪器

1、JH5001Ⅱ通信原理基础实验箱一台

2、20MHz双踪示波器一台

3、函数信号发生器一台

4、音频信号传输损伤测试仪一台

三、实验原理和电路说明

电路工作原理如下：

PCM编译码器模块，由语音编译码集成电路U502（MC145540）、运放U501（TL082）、晶振U503（20.48MHz）组成，将模拟信号进行PCM编译码。

在PCM编译码模块中，发送信号经U501A运放后放大后，送入U502的2脚进行PCM编码。

编码输入时钟为BCLK（256KHz），编码数据从U502的20脚输出（DT_ADPCM1），FSX为编码抽样时钟（8KHz）。

译码之后的模拟信号经运放U501B放大缓冲输出。

PCM编译码模块中的各跳线功能如下：

1、跳线开关K501是用于选择输入信号，当K501置于测试位置时（右端）选择测试信号。

测试信号主要用于测试ADPCM的编译码特性。

测试信号可以选择外部测试信号或内部测试信号，当设置在信号模块内的跳线开关K001设置在1-2位置（左端）时，选择内部1KHz测试信号；当设置在2-3位置（右端）时选择外部测试信号，测试信号从J005模拟测试端口输入。

2、跳线器K504是用于设置PCM译码器的输入数据选择，当K504置于左端时译码数据来自MC145540的编码模块。

在该模块中，各测试点的定义如下：

1、TP501：

发送模拟信号测试点

2、TP502：

PCM发送码字

3、TP503：

PCM编码器输入/输出时钟

4、TP504：

PCM编码抽样时钟

5、TP505：

PCM接收码字

6、TP506：

接收模拟信号测试点

该单元的电路框图见图2.2.1

四、实验步骤

1.准备工作：

加电后，将信号模块中的跳线开关KQ01置于左端PCM编码位置，此时MC145540工作在PCM编码状态。

2.PCM串行接口时序观察

（1）输出时钟和帧同步时隙信号观测：

用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和输出时钟信号（TP503），观测时以TP504做同步。

分析和掌握PCM编码抽样时钟信号与输出时钟的对应关系（同步沿、脉冲宽度等）。

（2）抽样时钟信号与PCM编码数据测量：

用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以TP504做同步。

分析和掌握PCM编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。

3.PCM编码器

（1）方法一：

（A）准备：

将跳线开关K501设置在测试位置，跳线开关K001置于右端选择外部信号,用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005和J006（地）。

（B）用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以TP504做同步。

分析和掌握PCM编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。

分析为什么采用一般的示波器不能进行有效的观察。

（2）方法二：

（A）准备：

将输入信号选择开关K501设置在测试位置，将信号模块内测试信号选择开关K001设置在内部测试信号（左端）。

此时由该模块产生一个1KHz的测试信号，送入PCM编码器。

（B）用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以内部测试信号（TP501）做同步（注意：

需三通道观察）。

分析和掌握PCM编码输出数据与帧同步时隙信号、发送时钟的对应关系。

4.PCM译码器

（1）准备：

跳线开关K501设置在测试位置、K504设置在正常位置，K001置于右端选择外部信号。

此时将PCM输出编码数据直接送入本地译码器，构成自环。

用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005和J006（地）。

（2）PCM译码器输出模拟信号观测：

用示波器同时观测解码器输出信号端口（TP506）和编码器输入信号端口（TP501），观测信号时以TP501做同步。

定性的观测解码信号与输入信号的关系：

质量、电平、延时。

5.PCM频率响应测量：

将测试信号电平固定在2Vp-p，调整测试信号频率，定性的观测解码恢复出的模拟信号电平。

观测输出信号信电平相对变化随输入信号频率变化的相对关系。

6.PCM动态范围测量：

将测试信号频率固定在1000Hz，改变测试信号电平，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量，测量译码输出信号的信噪比。

观测信噪比随输入信号电平变化的相对关系。

注：

对于没有条件测量的可对输出信号的质量作定性观察：

观察输入、输出信号李沙育图形的模糊度。

7.＊PCM系统性能指标定量测量：

采用音频损伤测试仪

（1）PCM编译码系统动态范围测量

动态范围是指在满足一定信噪比的条件下，允许输入信号电平变化的范围。

通常规定测试信号的频率为1000Hz，动态范围应满足CCITT建议的框架（样板值），如图2.2.2所示。

测试时将跳线开关K501设置在测试位置、K504设置正常位置，此时使PCM编码器和译码器构成自环。

动态范围的测试连接见图2.2.3，该项测量内容视配备的教学仪表来定。

测量时，输入信号由小至大调节，测量不同电平时的S/N值，记录测量数据。

输入信号的最大幅度为5Vp-p。

（2）PCM编译码系统信噪比测量

跳线开关设置同上，测试连接见图2.2.3。

测量时，选择一最佳编码电平（通常为-10dBr），在此电平下测试不同频率下的S/N值。

频率选择在300Hz、500Hz、800Hz、1004Hz、2010Hz、3000Hz、3400Hz，直接从音频损伤测试仪上读取数据，记录测量数据。

该项测量视配备的教学仪表来定。

（3）频率特性测量

跳线开关设置同上。

用函数信号发生器产生一个电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005。

用示波器（或电平表）测量输出信号端口TP506的电平。

改变函数信号发生器输出频率，用点频法测量。

测量频率范围：

250Hz～4000Hz。

该项测试也可以直接通过音频损伤测试仪测试。

（4）信道自环增益测量

跳线开关设置同上。

用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005。

用示波器（或电平表）输出信号端口（TP506）的电平。

将收发电平的倍数（增益）换算为dB表示。

该项测试也可以直接通过音频损伤测试仪测试。

（5）PCM编译码系统信道空闲噪声测量

跳线开关设置同上，测试连接见图2.2.3。

空闲噪声指标从音频损伤测试仪上直接读取。

五、实验报告

1、定性描述PCM编译码的特性。

2、描述PCM集成芯片的串街同步接口的时序关系。

3、填下下表，并画出PCM的频响特性：

输入频率（Hz）

200

500

800

1000

2000

3000

3400

3600

输出幅度（V）

4、填下下表，并画出PCM的动态范围：

输入幅度（V）

0.001

0.01

0.1

1

2

3

4

5

S/N

5、整理实验数据，画出相应的曲线和波形。

6、自拟测量方案，测量PCM的群延时特性。

输入频率（Hz）

300

500

1000

1500

2000

3000

3100

3400

延时（us）

实验三ADPCM编译码器实验

一、实验目的

1、了解语音编译码器的工作原理，验证ADPCM编译码原理；

2、熟悉ADPCM编码数据和输出时钟之间的关系；

3、了解ADPCM专用大规模集成电路的工作原理和应用；

4、熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法；

二、实验仪器

1、JH5001Ⅱ通信原理基础实验箱一台

2、20MHz双踪示波器一台

3、函数信号发生器一台

4、音频信道传输损伤测试仪一台

三、实验原理

1、PCM/ADPCM编译码模块将模拟信号进行ADPCM编译码，该模块采用MC145540集成电路完成ADPCM编译码功能。

其具有多种工作模式和功能，开机时通过信号模块中的跳线开关KQ01将其配置成ADPCM模式。

ADPCM编译码器由编码集成电路U502（MC145540）、运放U501（TL082）、晶振U503（20.48MHz）组成。

发送支路的发送信号经U501A运放后放大后，送入U502的2脚进行ADPCM编码。

编码的输出时钟为BCLK（256KHz），编码数据从U502的20脚输出（DT_ADPCM1），FSX为编码抽样时钟信号（8KHz）。

译码之后的模拟信号经运放U501B放大缓冲输出。

ADPCM编译码模块中的各跳线功能如下（测试点与PCM编译码模块相同）：

1、跳线开关K501是用于选择输入信号，当K501置于测试位置时选择测试信号。

测试信号主要用于测试ADPCM的编译码特性。

测试信号可以选择外部测试信号或内部测试信号，当设置在信号模块内的跳线开关K001设置在1-2位置（左端）时，选择内部1KHz测试信号；当设置在2_3位置（右端）时选择外部测试信号，测试信号从J005模拟测试端口输入。

2、跳线器K504是用于设置ADPCM译码器的输入数据，当K504置于左端时编码数据自环送入MC145540进行译码；当K504置于右端时译码数据来自扩展模块。

在该模块中，各测试点的定义如下：

1、TP501：

发送模拟信号测试点

2、TP502：

ADPCM发送码字

3、TP503：

ADPCM编码器输入/输出时钟

4、TP504：

ADPCM抽样时钟

5、TP505：

ADPCM接收码字

6、TP506：

接收模拟信号测试点

该单元的电路框图见图2.3.1

四、实验步骤

1.准备工作：

加电后，将信号模块中的跳线开关KQ01置于右端ADPCM编码位置，此时MC145540工作在ADPCM编码状态。

2.输出时钟和抽样时钟信号观测：

用示波器同时观测帧同步时隙信号（TP504）和输出时钟信号（TP503），观测时以TP504做同步。

分析和掌握ADPCM编码抽样时钟信号与输出时钟的对应关系。

3.抽样时钟信号与ADPCM编码数据测量：

（1）用示波器同时观测帧同步时隙信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以TP504做同步。

分析和掌握ADPCM编码输出数据与抽样时钟信号、输出时钟的对应关系。

（2）将输入信号选择开关K501设置在测试位置，将信号模块内测试信号选择开关K001设置在内部测试信号1_2位置（左端）。

此时由该模块产生一个1KHz的测试信号，送入ADPCM编码器；将发通道增益选择开关K502设置在测试位置（右端），通过调整电位器W501改变发通道的信号电平。

用示波器观测编码输出数据信号（TP502）随输入信号电平变化的关系。

思考：

与PCM码字观测结果比较，为什么在ADPCM编码方式下，观测不到随电平变化有一个比较稳定的码字？

4.ADPCM译码器：

（1）准备：

将跳线开关K501设置在测试位置（右端）、K504设置在正常位置（左端），K001置于2-3位置（右端），选择外部数据。

此时将ADPCM输出编码数据直接送入本地译码器，构成自环。

用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005。

（2）ADPCM译码器输出模拟信号观测：

用示波器同时观测ADPCM译码器输出信号端口（TP506）和编码器输入信号端口（TP501），信号观测时以TP501做同步。

定性的观测译码恢复出的模拟信号质量。

5.ADPCM频率响应测量：

将测试信号电平固定在2Vp-p，调整测试信号频率，定性的观测解码恢复出的模拟信号电平。

观测输出信号信电平相对变化随输入信号频率变化的相对关系。

6.ADPCM动态范围测量：

将测试信号频率固定在1000Hz，改变测试信号电平，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量，测量译码输出信号的信噪比。

观测信噪比随输入信号电平变化的相对关系。

注：

对于没有条件测量的可对输出信号的质量作定性观察：

观察输入、输出信号李沙育图形的模糊度。

7.＊ADPCM系统性能指标定量测量：

采用音频损伤测试仪，其测试方法参见PCM实验一节。

五、实验报告

1、整理实验数据，画出相应的曲线和波形。

2、根据测量结果，对ADPCM和PCM系统的输入/输出时钟信号、抽样时钟和数据信号的频率及速率进行比较。

3、对ADPCM和PCM系统的系统性能进行比较。

4、定性描述ADPCM编译码的特性。

7、描述ADPCM集成芯片的串行同步接口的时序关系。

8、填下下表，并画出ADPCM的频响特性：

输入频率（Hz）

200

500

800

1000

2000

3000

3400

3600

输出幅度（V）

9、填下下表，并画出ADPCM的动态范围：

输入幅度（V）

0.001

0.01

0.1

1

2

3

4

5

S/N

10、整理实验数据，画出相应的曲线和波形。

11、自拟测量方案，测量ADPCM的群延时特性。

输入频率（Hz）

300

500

1000

1500

2000

3000

3100

3400

延时（us）

实验四模拟锁相环时钟提取实验

一、实验原理和电路说明

模拟锁相环模块在通信原理综合实验系统中可作为一个独立的模块进行测试。

在系统工作中模拟锁相环将接收端的256KHz时钟锁在发端的256KHz的时钟上，来获得系统的同步时钟，如HDB3接收的同步时钟及后续电路同步时钟。

该模块主要由模拟锁相环UN01（MC4066）、数字分频器UN02（74LS161）、D触发器UN04（74LS74）、环路滤波器和由运放UN03（TEL2702）及阻容器件构成的输入带通滤波器（中心频率：

256KHz）组成。

在UN01内部有一个振荡器与一个高速鉴相器组成。

该模拟锁相环模块的框图见图2.5.1。

因来自发端信道的HDB3码为归零码，归零码中含有256KHz时钟分量，经UN03B构成中心频率为256KHz有源由带通滤波器后，滤出256KHz时钟信号，该信号再通过UN03A放大，然后经UN04A和UN04B两个除二分频器（共四分频）变为64KHz信号，进入UN01鉴相输入A脚；VCO输出的512KHz输出信号经UN02进行八分频变为64KHz信号，送入UN01的鉴相输入B脚。

经UN01内部鉴相器鉴相之后的误差控制信号经环路滤波器滤波送入UN01的压控振荡器输入端；WN01可以改变模拟锁相环的环路参数。

正常时，VCO锁定在外来的256KHz频率上。

模拟锁相环模块各跳线开关功能如下：

1、跳线开关KN01用于选择UN01的鉴相输出。

当KN01设置于1_2时（左端），选择异或门鉴相输出，环路锁定时TPN03、TPN05输出信号将存在一定相差；当KN01设置于2_3时（右端），选择三态门鉴相输出，环路锁定时TPN03、TPN05输出信号将不存在相差，详情请参见4046器件性能资料。

调整电位器WN01可以改变模拟锁相环的环路参数。

2、跳线开关KN02是用于选择输入锁相信号：

当KN02置于1_2时（HDB3：

左端），输入信号来自HDB3编码模块的HDB3码信号；当KN02置于2_3时（TEST：

右端）选择外部的测试信号（J005输入），此信号用于测量该模拟锁相环模块的性能。

在该模块中，各测试点的定义如下：

1、TPN01：

256KHz带通滤波器输出

2、TPN02：

隔离放大器输出

3、TPN03：

鉴相器A输入信号（64KHz）

4、TPN04：

VCO输出信号（512KHz）

5、TPN05：

鉴相器B输入信号（64KHz）

6、TPN06：

环路滤波器输出

7、TPN07：

锁定指示检测（锁定时为高电平）

二、实验仪器

1、JH5001通信原理综合实验系统一台

2、20MHz双踪示波器一台

3、函数信号发生器一台

三、实验目的

1、熟悉模拟锁相环的基本工作原理

2、掌握模拟字锁相环的基本参数及设计

四、实验内容

准备工作：

将输入信号选择开关KN02设置在2_3位置，鉴相输出开关KN01设置在2_3位置（右端）。

1.VCO自由振荡频率测量

（1）将函数信号发生器方式设置为记数（频率计功能），闸门时间放在100ms或1s，测量TPN04监测点的VCO输出振荡频率f0。

记录闸门每次闪动的频率读数（其读数不太稳定）。

（2）求出VCO在频率512KHz时的短期频率稳定度（△f/f0）。

2.锁定状态观测

（1）用函数信号发生器从测试信号输入端口J005送入一个256KHz的TTL方波信号。

用示波器同时测量鉴相器输入A、B脚的波形TPN03、TPN05的相位关系。

环路锁定该两信号将不存在相差。

（2）将鉴相输出开关KN01设置在1_2位置（左端），重复上述测量步骤。

环路锁定该两信号将存在相差。

3.锁定频率测量和分频比计算

将函数信号发生器设置在